新理论表明文明如何像野火一样在太空中传播

这寻找外星智慧（SETI）一直受到不确定性的困扰。以一个可居住的行星（地球）和一个技术先进的文明（人类）为例，科学家们仍然局限于理论化其他智能生命形式可能在哪里（以及它们可能做什么）。

六十年后，费米的著名问题（“每个人都在哪里？”）的答案仍然没有答案。

从好的方面来说，这为我们提供了许多机会来假设未来观测可以测试的可能位置、活动和技术特征。

一种可能性是，文明的发展受到物理定律和行星环境承载能力的限制。渗流理论假说.

在最近的一项研究中，菲律宾洛斯巴诺斯大学的一个研究小组超越了传统的渗透理论，考虑了文明如何在三种不同类型的宇宙（静态，暗能量主导和物质主导）中生长。他们的结果表明，根据框架的不同，智能生命在宇宙中居住的时间是有限的，并且很可能呈指数级增长。

该研究由Allan L. Alinea和Cedrix Jake C. Jadrin进行，他是物理学助理教授和教学助理。数学科学与物理研究所在菲律宾洛斯巴诺斯大学。他们论文的预印本，”“文明”在均匀各向同性宇宙中的渗透“最近出现在网上。

在他们的研究中，该团队考虑了如何用物流增长函数（LGF），当人口规模接近当地资源限制（又称承载能力）所施加的最大值时，人口的人均增长率会变小。

渗流理论

简而言之，渗透理论描述了当节点或链接被删除时网络的行为，其中它们将分解为更小的连接集群。

该理论的第一个已知实例被应用于费米悖论也许是由卡尔·萨根和威廉·I·纽曼在1981年制作的。在一篇题为”银河文明：人口动态和星际扩散“他们认为，人类没有遇到外星文明（ETCs）的原因是因为星际探索和定居不是线性现象。

与哈特-蒂普勒猜想萨根和纽曼认为，先进的ETCs早就殖民了我们的银河系（因此，它们不存在），萨根和纽曼假设星际探索是一个扩散的问题。

杰弗里·A·兰迪斯（Geoffrey A. Landis）在他1993年的论文中也提出了同样的观点，”费米悖论：一种基于渗流理论的方法“，他认为物理定律对星际增长施加了限制。

根据兰迪斯的说法，外星文明没有“一致的动机”：

“既然有可能，考虑到足够多的外星文明，一个或多个肯定会承诺这样做，可能是出于我们无法知的动机。殖民化将需要极长的时间，而且将非常昂贵。

“可以合理地假设，并非所有文明都有兴趣在遥远的未来进行如此大的支出以获得回报。人类社会由探索和殖民的文化混合组成，有时跨越极远的距离，以及没有兴趣这样做的文化。

同样，亚当·弗兰克教授和美国宇航局的同事系外行星系统科学的纽带（NExSS）在2019年写了一篇题为”费米悖论和极光效应：外文明的定居、扩张和稳态."受到金·斯坦利·罗宾逊（Kim Stanley Robinson）2015年小说《极光》（Aurora）的启发，他们认为星际定居将成团发生，因为并非所有潜在的宜居行星都适合外星物种。简而言之，物理、生物学和进化定律限制了物种可以多远和多快地定居我们的银河系。

解决 T & H 问题

为了限制这些限制，研究小组考虑了宇宙的三个主要宇宙学模型，包括静态，物质主导和暗能量主导。

一个静态的宇宙，正如爱因斯坦和他的最初描述的那样宇宙学常数，在空间和时间上是无限的，既不膨胀也不收缩。

物质主导的宇宙描述了宇宙在 98 亿年之前的状态大爆炸，物质的能量密度超过辐射的能量密度和真空能量密度的时间。

暗能量主导的宇宙描述了宇宙演化的最新阶段，该阶段始于大约98亿年前，其特点是膨胀速度加快。

该团队还根据逻辑增长函数考虑了所有三种情况，以确定随时间沉降的行星数量。由此，研究小组获得了他们研究的两个参数：T，稳定理想宇宙的球形截面所需的时间，既均匀又各向同性，以及H，描述宇宙膨胀速率的哈勃参数 - 又名哈勃定律或哈勃-勒梅特定律。

对于一个静态的宇宙，他们发现定居遵循LGF，类似于人口增长，传染病的传播和化学反应。正如他们在研究中指出的那样，这些动力系统遵循一种总体模式，由于来源有限（在这种情况下，可居住行星），开始相对较慢。

但是，随着它们继续扩展和获取新的来源，这会使可用数量成倍增加，传播速度也会加快。这种情况一直持续到源的数量开始减少和/或系统的元素耗尽。

令他们惊讶的是，研究小组在观察物质主导和暗能量宇宙时也注意到了类似的行为。正如Alinea博士通过电子邮件告诉Universe Today的那样。

“值得注意的是，当空间本身像暗能量和物质主导的宇宙一样膨胀时，沉降过程在很大程度上仍然遵循逻辑增长函数。我们没有预料到这个结果，因为在我们看来，空间不断扩大的系统与静态系统大不相同。

“我们所知道的大多数关于渗透的研究都是基于静态晶格（例如，森林火灾的蔓延，疾病的传播，信息扩散），其中通常观察到逻辑生长行为。我们的研究将这种行为'扩展'到晶格像我们自己的宇宙一样膨胀的情况。

然而，他们确实发现，与静态宇宙相比，膨胀的宇宙在沉降率方面存在延迟。对于暗能量主导的宇宙，他们发现总沉降时间（T）以足够大的膨胀率（H）的发散标记。根据哈勃定律，当H足够大时，一些行星会膨胀到地平线之外，变得“遥不可及”。

从本质上讲，遥远的行星可以以超过光速的速度后退，这使得不断扩张的文明不太可能到达它们。

他们还发现，在哈勃球（H）较小的情况下，T和H之间的关系是线性的 - 换句话说，T大致等于H（T ~ H）。对于一个物质主导的宇宙，他们的发现表明，在H同样小的地方，同样的关系适用，但是当H变大时，关系显着变为T~H2。

与暗能量主导的宇宙相比，除非H是无限的，否则T不会呈指数增长或达到无穷大。说：

“这很有趣，因为物质主导的宇宙也以视界为特征。这意味着对于离这个宇宙中参考行星足够远的行星，它们正在以比光速更快的速度后退，这使得它们看起来是无法到达的。

“然而，对于一个物质主导的宇宙，根据弗里德曼方程，同动的哈勃球正在缩小而不是膨胀。简单和非正式地说，那些远离这个宇宙中参考行星的行星（最初'移动'的速度超过光速）正在“减速”，使它们可以到达，至少在原则上是这样。

所以。。。他们在哪？

根据他们的结果，研究小组确定，先进文明通常会遵循一种增长趋势，这种趋势开始缓慢，但会随着时间的推移而起飞，最终随着“可到达”行星数量的耗尽而放缓和停止。

正如Alineal博士所描述的那样，“这个模型的特点是三阶段模式：慢沉降率 - >快速沉降率 - >慢沉降率。

问题仍然存在：这对费米这个历史悠久的问题意味着什么？这种三阶段模式如何帮助我们完善对整个银河系扩张的先进文明的搜索？

对此，研究小组得出结论，我们的银河系目前可能处于第一阶段，其特点是沉降速度缓慢。这可能是因为目前只有少数智能、先进的文明在从事星际定居。

“这种缓慢阶段可能会因”活着的“行星之间的距离很远而加剧。但是，一旦达到一定数量的旅行文明，我们可能会进入第二阶段，其特点是定居速度快。如果进入这个阶段有足够的时间，我们最终可能会向外面的外星人问好。

此外，他们的研究结果解决了人类有朝一日成为星际物种的可能性，也许是确保我们物种持续生存和发展的一种手段。这在一个不断膨胀、不断加速的宇宙中是一个挑战，由暗能量.但正如Alineal博士总结的那样，有一些选择：

“如果有足够的技术以接近光速的速度传播，到达宇宙中的任何行星，尤其是遥远的行星仍然具有挑战性。话虽如此，这个宇宙有一个球形部分，以我们的位置为中心，至少在原则上可以到达其行星以进行可能的定居。除此之外，行星以高于光速的速度“远离”我们，可能无法到达。不幸的是，这个球体正在缩小，所以我们可以居住的宇宙的一部分，虽然在人类规模上很大，但随着时间的推移变得越来越小。

“如果有一种机制将宇宙驱动到一种状态，使其膨胀率与物质主导的宇宙相同或相似，那么我们将很幸运地拥有一个原则上可以殖民到离我们任何距离的宇宙;也就是说，宇宙中的殖民化和人类影响不受任何球体的限制，这与暗能量主导的宇宙不同。

总之，费米问题的答案可能是，先进文明正处于早期缓慢的扩张阶段，到目前为止，这阻止了我们接触。

但是，随着我们可以占据的哈勃空间（H）的球形体积膨胀，我们更有可能接近其他人的空间，以至于我们最终会知道我们在宇宙中并不孤单。同样，虽然暗能量可能会限制我们能到达的距离（在我们的银河系内，不会更远），但足够多的空间将使我们能够继续发展，并可以防止单一的灾难性命运夺走我们所有的物种。

谁知道呢？也许宇宙膨胀不会像过去40亿年那样继续下去，宇宙将减速并实现一种稳态 - 爱因斯坦更喜欢相信的那种。

在这种情况下，我们的哈勃球体可能会无限期地继续膨胀，宇宙文明之间将不乏混合。它确实带来了一些令人兴奋的前景，不是吗？

本文最初发表于今日宇宙.阅读原文.

宝宝起名